專利名稱：終端定位方法及蜂窩無線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩無線系統(tǒng)中的終端定位方法，前述系統(tǒng)的每個小區(qū)都有至少一個基站，該基站與位于小區(qū)區(qū)域中的終端通信，并根據(jù)終端所發(fā)送的信號測量信道參數(shù)，該系統(tǒng)中每個基站的覆蓋區(qū)域由數(shù)字地圖來建模。
典型的移動電話系統(tǒng)覆蓋廣闊的地理區(qū)域，包括多個覆蓋區(qū)或小區(qū)，每個覆蓋區(qū)或小區(qū)通常由一個基站提供服務(wù)。小區(qū)的大小一般根據(jù)該區(qū)域中的業(yè)務(wù)流量而定，其變化幅度很大。不管小區(qū)的大小如何，都經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的情況，即知道移動電話的地理位置或移動方向較為有利的情況。
已有多種不同的方法可以確定終端的地理位置。終端與它所通信的基站之間的距離可以容易地根據(jù)信號的傳輸時延確定。最常用的方法之一是所謂的三角測量，其中三個或多個基站測量終端的信號，根據(jù)信號的傳播時延計算終端的位置。但是，現(xiàn)有技術(shù)方法，例如三角測量的問題在于，它們非常精確地?zé)o法檢測出終端的位置，因此，得到的位置信息無法用于需要精確地理位置參數(shù)的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種解決方案，利用該解決方案可以精確地地定位終端，解決現(xiàn)有技術(shù)問題。這通過引言中描述的方法實現(xiàn)，其特征在于，在數(shù)字地圖的每個點上增加從該點發(fā)送的信號的信道參數(shù)模型，比較根據(jù)終端信號估計的信道參數(shù)與地圖上的不同點的參數(shù)，根據(jù)這種比較定位該終端。
本發(fā)明還涉及一種蜂窩無線系統(tǒng)，前述系統(tǒng)的每個小區(qū)都有至少一個基站，該基站與位于小區(qū)區(qū)域中的終端通信，并根據(jù)終端所發(fā)送的信號測量信道參數(shù)，該系統(tǒng)中每個基站的覆蓋區(qū)域由數(shù)字地圖來建模。本發(fā)明的蜂窩無線系統(tǒng)的特征在于，該系統(tǒng)包括維護數(shù)字地圖的裝置，在該裝置中增加從數(shù)字地圖的每個點上發(fā)送的信號的信道參數(shù)估計信息，該系統(tǒng)包括比較裝置，用以比較根據(jù)終端信號估計的信道參數(shù)與地圖上不同點的估計參數(shù)，以及根據(jù)這種比較定位該終端的裝置。
本發(fā)明的基本思想在于，當(dāng)終端位于覆蓋區(qū)域的不同位置時，終端信號的信道參數(shù)，例如脈沖響應(yīng)，隨位置而變化?，F(xiàn)代的計算機能夠根據(jù)數(shù)字地圖來描繪地理位置，它能夠在數(shù)字地圖上增加區(qū)域中的例如建筑物、路徑和地理信息。這些地圖可以以所需精度繪制。地圖越精確，該地圖的處理過程所需的計算機容量的數(shù)量自然越大。在本發(fā)明方案中，在地圖上的每個點上增加信道參數(shù)的類型信息，前述信道參數(shù)一般包含在位于該點的終端所發(fā)送的信號。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，維護地圖和進行計算的裝置位于數(shù)據(jù)庫中，盡管它們還可以位于系統(tǒng)的其它部件中。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)具有許多優(yōu)點?？梢跃_地確定終端的位置。如果將較不精確的現(xiàn)有技術(shù)定位方法用作初始值，則利用本發(fā)明的方法可以快速定位終端的精確位置。如此得到的終端的精確位置信息可以用于需要精確地理位置參數(shù)的應(yīng)用。
下面結(jié)合附圖，通過優(yōu)選實施例來詳細描述本發(fā)明，在附圖中

圖1說明了可以應(yīng)用本發(fā)明方法的蜂窩無線系統(tǒng)；圖2示出了數(shù)字地圖的一個例子；圖3的流程圖說明了本發(fā)明的方法；圖4是說明了本發(fā)明的方法的地圖；以及圖5的框圖說明了按照本發(fā)明的系統(tǒng)的基站的接收部分的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的方法適用于基站測量終端信號的信道參數(shù)，例如脈沖響應(yīng)的任何蜂窩無線系統(tǒng)。每個基站測得的脈沖響應(yīng)也可以是兩維的，在這種情況下，估計信號的時間擴展和到達方向。此外，信道參數(shù)包括脈沖響應(yīng)動態(tài)，它可以由例如多普勒擴展建模。我們先來考察圖1，該圖示出了可以應(yīng)用本發(fā)明方法的蜂窩無線系統(tǒng)的一個例子。該圖給出了用戶終端100，它與基站104有雙向連接102，基站104通過基站控制器106將終端業(yè)務(wù)量轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)108的其它部分。該圖的例子還給出了其它兩個基站110和112。這些基站與終端100沒有實際的業(yè)務(wù)信道連接，但是它們可以接收終端所發(fā)送的信號114、116，利用該信號測量終端到基站的距離。終端可以相應(yīng)地從基站接收信號118、120，例如導(dǎo)頻信號，確定到這些基站的距離。利用這三個基站104、110和112，可以通過現(xiàn)有方法大致定位該終端，該信息可以用作本發(fā)明方法的初始值。
在本發(fā)明的方案中，每個基站的覆蓋區(qū)可以通過數(shù)字地圖建模。以前在蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安裝和改進操作中，利用數(shù)字地圖指定基站的覆蓋區(qū)域，并因此指定小區(qū)大小。這些地圖包括從無線電波角度來看的區(qū)域內(nèi)的建筑物、路徑和地表障礙物的信息。
圖2示出了一個簡化的數(shù)字地圖一部分的例子，該圖示出了一個城鎮(zhèn)、建筑物及街道一部分的布局。實際的數(shù)字地圖自然經(jīng)常包括寬得多的區(qū)域，還可以包括除了布局之外的其它信息。在本發(fā)明的方法中，該地圖可以包含例如所有街道，或者主要街道200到208的信息。
在本發(fā)明的方案中，在數(shù)字地圖的每個點上增加信道參數(shù)類型信息，前述信道參數(shù)一般包含在位于所述點的終端所發(fā)送的信號中。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，使用一種稱為射線跟蹤的方法來估計從數(shù)字地圖上每個點發(fā)送的信號的信道參數(shù)，即一般是脈沖響應(yīng)。射線跟蹤方法是本領(lǐng)域中技術(shù)人員所熟知的模擬計算方法，該方法尤其適用于電信應(yīng)用中的蜂窩網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。數(shù)字地圖上每個點的信道參數(shù)可以預(yù)定，并存儲在存儲器中。在終端定位過程中，比較根據(jù)終端信號估計的參數(shù)和存儲器中的值。
在本發(fā)明的一種可選實施例中，通過以下方式來實驗確定數(shù)字地圖上每個點的信道參數(shù)將測試發(fā)射機依次安置在地圖上的每個點，由基站測量信號參數(shù)。測量結(jié)果存儲在存儲器中。這種情況下該方法當(dāng)然難以實現(xiàn)，但是在發(fā)現(xiàn)射線跟蹤結(jié)果不可靠時，該方法可能有用。
接著，我們通過圖3給出的流程圖，并結(jié)合圖1來考察本發(fā)明的方法。首先，基站104在階段300從終端100接收信號。在階段302中，基站104測量信道參數(shù)，即一般是信號的脈沖響應(yīng)。此外，基站可以估計信號的到達方向。接著，基站110和112利用現(xiàn)有技術(shù)方法估計終端100的大致位置。然后在階段306，基于大致的位置估計，在地圖上劃分出一個或多個更小的區(qū)域，對這些劃分出的區(qū)域進行進一步搜索。
接著，在階段308，比較根據(jù)接收信號測得的值和利用適當(dāng)?shù)木嚯x條件在地圖上發(fā)現(xiàn)的值。因為所有參數(shù)都約束在位置(x，y)，所以可以如下給出可行的條件(x*，y*)＝argmin(x，y)∈(x，Y)D(y(t；x，y)，ymeas(t))，其中D是適當(dāng)?shù)木嚯x，例如歐幾里德距離，y(t；x，y)包括信號到達方向和需要搜索的位置(x，y)的脈沖響應(yīng)模型，ymeas包括測得的信道參數(shù)。
在階段310，根據(jù)比較確定終端的可能定位。該地圖當(dāng)然可以包括相等參數(shù)的多個位置。這在階段312中檢查。只有在檢測到具有相應(yīng)參數(shù)的一個位置時，才可以進行搜索。如果檢測到多于一個位置，則利用以前的終端位置信息定位終端。此外，只要數(shù)字地圖包括基站的典型尋路速度信息，并且基站根據(jù)終端的信號估計終端速度，那么在定位過程中可以使用終端的速度。在階段314中，根據(jù)該信息在檢測到的位置之間作出判斷。
現(xiàn)在我們來考察圖4，該圖說明了一部分簡化數(shù)字地圖的一個例子。我們假定基站位于點400，與基站通信的終端位于點402。換句話說，基站從終端接收信號，以上述方式測量信號的信道參數(shù)。此外，基站利用其它基站(該圖中未示出)大致定位終端，在該圖中以劃出的區(qū)域404標(biāo)識該定位區(qū)域?；驹跀?shù)字地圖的區(qū)域404中進行進一步搜索。如果針對該終端檢測出多于一個可能的定位區(qū)域，則基站可以利用例如前一測量中給出的街道206的最大速度的信息，以及表示終端位于特定已知點的信息。利用該信息，基站能夠更精確地定位該終端。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置位于基站中。在本發(fā)明的方案中，該裝置還可以位于系統(tǒng)的其它部分，例如在基站控制器中。下面我們來考察圖5，圖5的框圖從接收角度說明了按照本發(fā)明的系統(tǒng)的基站結(jié)構(gòu)。該基站包括從終端接收信號的天線500。天線所接收的信號通過濾波器502傳送到射頻部件504，后者將信號從射頻轉(zhuǎn)換到基帶或者中頻。將得到的信號轉(zhuǎn)發(fā)到A/D轉(zhuǎn)換器506，利用現(xiàn)有技術(shù)的采樣將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。將采樣的信號轉(zhuǎn)發(fā)到檢測裝置508，后者估計信道參數(shù)，例如脈沖響應(yīng)，并檢測信號。該基站還包括控制其它部件操作的控制單元510?？刂茊卧话阃ㄟ^處理器或者離散邏輯電路和軟件實現(xiàn)。
除了控制裝置510之外，本發(fā)明系統(tǒng)的基站包括存儲器裝置512，它維護數(shù)字地圖，包含需要從數(shù)字地圖的每個點發(fā)送的信號的信道參數(shù)估計信息。該地圖還包括基站覆蓋區(qū)內(nèi)建筑物、其它障礙和街道的位置信息。存儲器裝置可以由控制單元控制下工作的普通存儲器電路實現(xiàn)?；镜目刂茊卧?10比較根據(jù)終端信號估計的信道參數(shù)和存儲器裝置512中存儲的在地圖上不同點估計的參數(shù)，根據(jù)比較結(jié)果定位該終端。
本系統(tǒng)基站的控制裝置510能夠利用射線跟蹤技術(shù)確定數(shù)字地圖每個點的信道參數(shù)，將這些值存儲在存儲器裝置512中。還可以在可能由多個基站共享的外部計算機中實現(xiàn)這種精確計算，將這些值傳送給基站的存儲器裝置。
本系統(tǒng)的終端100能夠根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)測量從不同基站接收的信號的密度和時延。終端100和基站104根據(jù)測量結(jié)果確定終端的大致位置。如果同時使用終端和基站的測量結(jié)果，則可以得到最精確的初始估計。
與終端100距離最近的本系統(tǒng)基站110、112按照現(xiàn)有技術(shù)測量從終端接收的信號的密度和時延，基站104根據(jù)測量結(jié)果確定終端的大致位置估計，基站的控制裝置510和存儲器裝置512利用該大致估計定位終端100。
盡管以上針對附圖的例子描述了本發(fā)明，但顯然本發(fā)明并不局限于此，在后附權(quán)利要求書所公開的創(chuàng)新思想范圍內(nèi)可以通過多種方式予以改進。
權(quán)利要求
1.蜂窩無線系統(tǒng)中的一種終端定位方法，前述系統(tǒng)的每個小區(qū)都有至少一個基站(104)，該基站與位于小區(qū)區(qū)域中的終端(100)通信，并根據(jù)終端所發(fā)送的信號測量信道參數(shù)，該系統(tǒng)中每個基站的覆蓋區(qū)域由數(shù)字地圖來建模，其特征在于，在數(shù)字地圖的每個點上增加從該點發(fā)送的信號的信道參數(shù)模型，比較根據(jù)終端信號估計的信道參數(shù)與地圖上的不同點的參數(shù)，根據(jù)這種比較定位該終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該數(shù)字地圖包括基站覆蓋區(qū)內(nèi)的建筑物、其它障礙和路徑的位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，數(shù)字地圖上每個點的信道參數(shù)可以預(yù)定，并存儲在存儲器中，在終端定位過程中，比較根據(jù)終端信號估計的參數(shù)和存儲器中的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，利用射線跟蹤技術(shù)確定數(shù)字地圖上每個點的信道參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，通過以下方式來實驗確定數(shù)字地圖上每個點的信道參數(shù)將測試發(fā)射機安置在地圖上的該點，由基站測量信號參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，信道參數(shù)包括接收信號的脈沖響應(yīng)信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在比較中利用終端信道的到達方向信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，終端測量從不同基站接收的信號的信道參數(shù)，終端和基站根據(jù)測量結(jié)果確定終端的大致位置估計，在終端定位過程中使用該大致估計。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，最靠近該終端的基站測量從該終端接收的信號的信道參數(shù)，根據(jù)測量結(jié)果確定終端的大致位置估計，在終端定位過程中使用該大致估計。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在終端的定位過程中，利用了終端的前一位置信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，數(shù)字地圖包括基站的典型尋路速度信息，基站根據(jù)終端的信號估計終端速度，在定位過程中利用了終端的速度。
12.一種蜂窩無線系統(tǒng)，前述系統(tǒng)的每個小區(qū)都有至少一個基站(104)，該基站與位于小區(qū)區(qū)域中的終端(100)通信，并根據(jù)終端所發(fā)送的信號測量信道參數(shù)，該系統(tǒng)中每個基站的覆蓋區(qū)域由數(shù)字地圖來建模，其特征在于，該系統(tǒng)包括維護數(shù)字地圖的裝置(510，512)，在該裝置中增加從數(shù)字地圖的每個點上發(fā)送的信號的信道參數(shù)估計信息，該系統(tǒng)包括比較裝置(510，512)，用以比較根據(jù)終端信號估計的信道參數(shù)與地圖上不同點的估計參數(shù)，以及根據(jù)這種比較定位該終端的裝置(510)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)基站包括維護數(shù)字地圖的裝置(510，512)，該數(shù)字地圖包括基站覆蓋區(qū)內(nèi)的建筑物、其它障礙和路徑的位置信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)基站包括利用射線跟蹤技術(shù)確定數(shù)字地圖上每個點的信道參數(shù)的裝置(510，512)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)終端(100)測量從不同基站接收的信號的密度和時延，終端(100)和基站(104)根據(jù)測量結(jié)果確定終端的大致位置估計，基站(104)包括裝置(510，512)，用以在終端(100)定位過程中使用該大致估計。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于，最靠近該終端(100)的系統(tǒng)基站測量從該終端接收的信號的密度和時延，基站(104)根據(jù)測量結(jié)果確定終端的大致位置估計，基站(104)包括裝置(510，512)，用以在終端定位過程中使用該大致估計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蜂窩無線系統(tǒng)和蜂窩無線系統(tǒng)中的一種終端定位方法,前述系統(tǒng)的每個小區(qū)都有至少一個基站(104),該基站與位于小區(qū)區(qū)域中的終端(100)通信。該基站根據(jù)終端所發(fā)送的信號測量信道參數(shù)。每個基站的覆蓋區(qū)域由數(shù)字地圖來建模。為了能夠精確定位終端,在數(shù)字地圖的每個點上增加從該點發(fā)送的信號的信道參數(shù)模型。比較根據(jù)終端信號估計的信道參數(shù)與地圖上的不同點的參數(shù),根據(jù)這種比較定位該終端。
文檔編號G01C21/30GK1273752SQ98809824
公開日2000年11月15日 申請日期1998年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
發(fā)明者阿瑞·霍特南 申請人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司